[发明专利]制备硫酸的方法

说明书

本发明涉及一种通过接触法制备硫酸的方法。

硫酸是化学工业的基本产品之一。硫酸是从二氧化硫制备的，二氧化硫被氧化成三氧化硫。后者与水在浓硫酸中反应以制备硫酸。

二氧化硫是主要通过燃烧元素硫获得的，但也可以通过离解废硫酸来制备。

元素硫与大气氧燃烧得到二氧化硫的反应是强放热性的：

S+O₂→SO₂(ΔH＝-297kJ/mol)

这在工业上是在燃烧炉中使用雾化燃烧器对于液体硫进行的，其中使用干燥空气作为氧化剂。液体硫在140-150℃以细液滴的形式经由喷嘴喷入燃烧室中。在离开燃烧室的气体混合物中的二氧化硫浓度通常用空气调节到9-11.5体积％；在此气体混合物中存在的氧气足以用于随后生产三氧化硫。热气体然后用废热锅炉冷却到约450℃，在锅炉中产生水蒸气。提纯操作不是必要的(参见K.H.Büchel等：Industrielle AnorganischeChemie，第3版，Verlag Chemie，Weinheim 1999，110-122页)。

作为另一个选择，二氧化硫也可以通过离解废硫酸来回收。被污染的硫酸是在许多工艺中获得的，尤其在有机化学、石油化学和金属工业中。避免废料问题和可能的环境污染的最可靠方式是按照以下反应式热离解形成二氧化硫：

2H₂SO₄→2SO₂+O₂+2H₂O

并随后将二氧化硫转化成硫酸，硫酸可以进一步使用。

二氧化硫向三氧化硫的氧化和后者向硫酸的转化目前是基本完全通过接触法进行的，尤其是双接触法。用于氧化二氧化硫的接触法是基于以下平衡：

这仅仅在催化剂的存在下才能足够快地进行。因为此反应随着温度的升高而向原料的方向移动，所以必须在尽可能低的温度下进行，其中温度下限是由催化剂的操作温度决定的。较高的二氧化硫转化率可以通过降低所形成的二氧化硫的浓度(双接触法)或通过在升高的压力(5巴)下操作(Kuhlmann法)进行。作为催化剂，目前在工业上基本上完全使用铜-铋催化剂。

三氧化硫向硫酸的转化，

SO₃+H₂O→H₂SO₄(ΔH＝-132kJ/mol)

是通过将三氧化硫溶解在浓硫酸中并同时平缓地加入水或低浓度硫酸进行的。

硫酸以许多方式用做化学工业的关键产品之一。一个重要的应用领域是提高共沸硝酸的浓度，即具有在约68％硝酸的共沸组成范围内的浓度的硝酸，以生产硝酸含量最多为100％的浓硝酸。浓硝酸例如用于制备二硝基甲苯。在此工艺中，有利的是使用含有超过86重量％硫酸的高度浓缩的硫酸或具有超过95％浓度的新鲜硫酸，从而通过蒸馏在提高硝酸浓度的工艺中获得的稀硫酸来避免能量消耗型浓缩。

所以，本发明的目的是减少在硫酸制备工艺中引入的水。

此目的通过一种制备硫酸的方法实现，在此方法中，含有二氧化硫的气体是通过用从外部引入的工艺空气燃烧液体硫或通过离解废硫酸而获得的，并且在含有二氧化硫的工艺气体中的二氧化硫被氧化成三氧化硫，并通过接触法转化成硫酸，其中通过将从外部引入的用于燃烧硫的工艺空气或通过离解废硫酸获得的含二氧化硫的工艺气体冷却来降低这些气体中的水蒸气含量。

在一个实施方案中，来自外部的用于燃烧硫的工艺空气是经由压缩器输送的。有利的是通过在将用于燃烧硫的工艺空气加入压缩器之前将此工艺空气冷却来降低此工艺空气的水蒸气含量。这不仅对工艺的水平衡有积极作用，而且使得此方法在能量上更有利，这是因为压缩器压缩了较冷的空气，从而出于热力学原因而使用较少的能量。

在一个优选实施方案中，用于燃烧液体硫的工艺空气或通过离解废硫酸获得的含二氧化硫的工艺气体是通过直接与冷却介质接触而冷却的。

作为冷却介质，有利的是使用温度在1-10℃范围内的水或温度在-5℃至+10℃范围内的硫酸，或盐水。

在另一个优选实施方案中，用于燃烧液体硫的工艺空气或通过离解废硫酸获得的含二氧化硫的工艺气体可以通过使用冷却介质间接冷却来冷却。

间接冷却可以有利地通过工业空调装置来进行。